| Project/Area Number |
20K09543
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 56030:Urology-related
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
富澤 信一 横浜市立大学, 医学部, 講師 (00704628)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 不妊 / 精子形成 / エピジェネティクス / Kmt2b / ヒストン修飾 / Tsga8 / 不妊症 / エピゲノム |
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| Outline of Research at the Start |
精子形成異常を伴う「男性不妊症」の4～6割の発症機序は不明といわれる。正常な精子形成にはDNA、染色体構造、エピゲノムのいずれにも問題がないことが求められる。「エピゲノム」は主に染色体上に施される修飾の状態のことで、これがないと遺伝子は正常に発現することができなくなる。ところが、エピゲノム異常と不妊との関係についてはいまだ未知の部分が多い。我々はこれまでに、エピゲノム修飾にかかわるKmt2bタンパク質がないと精子形成がうまくいかないことを示した。本研究ではKmt2bが関与する遺伝子の中から不妊につながるものを同定し機能を調べることで、不妊発症機構解明への貢献を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では雄性不妊メカニズムの解明に向け、精子形成に必須なヒストンメチル化酵素KMT2Bが制御する遺伝子の同定と機能解析を目的としている。これまでに、KMT2Bは精子幹細胞の分化に必須であることや、KMT2Bは精子形成後半に必要な遺伝子セットにあらかじめH3K4me3を導入していることが明らかとなっている。そこで本研究では、KMT2Bが制御する遺伝子の一つとして同定したTsga8遺伝子と、TG2遺伝子の機能解析を実施した。
まずCRISPR-Cas9を用いてTsga8遺伝子ノックアウトマウスを作製したところ、このマウスは精子細胞の発生異常による不妊症を発症することが示された。さらに、Tsga8が精子形成時に起きるX染色体の遺伝子活性化に必要であることが明らかになった。
一方で、TG2遺伝子の解析の結果、TG2は精母細胞から精子細胞において発現する遺伝子であり、そのノックアウトマウスも精子細胞発生の著しい障害による不妊を呈することがわかった。組織学的な解析からは、TG2が円形精子細胞から伸長精子細胞への移行に必要であることが示された。精巣全体や円形精子細胞を用いたトランスクリプトーム解析では、TG2遺伝子欠損精巣および精子細胞が顕著な炎症を示すことがわかったため、TG2がプロテアーゼの正常なネットワークの維持や、炎症の抑制に関わる可能性が示唆された。
KMT2Bが制御する遺伝子は他にも多く存在し、その多くは未解析のため、それらの中には上記2遺伝子と同様に精子細胞発生や雄性不妊に関わる遺伝子が存在していることが推測される。このことから、本研究ではKMT2Bによる精子形成メカニズムの一端が明らかになったと考えることができる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、本研究で目的としたKMT2Bが制御する遺伝子の機能解析の大部分を進め、重要な結果を得ることができた。
まず、制御遺伝子の1つ目であるTsga8遺伝子のノックアウトマウス作製と精子形成における機能解析を実施した。組織学的解析やトランスクリプトーム解析を実施することにより、Tsga8が精子細胞の発生に欠かせない役割を有することを初めて見出し、Tsga8と不妊症との関連性を明らかにした。この研究成果は論文で報告済みである(Kobayashi, Tomizawa et al., Development, 2021, 148:dev196212)。
次に、KMT2Bの2つ目の制御遺伝子として同定したTG2遺伝子のノックアウトマウスの作製を行った。その結果、TG2遺伝子欠損マウスも精子細胞の発生において高発現し、必須の役割を有することが明らかになった。そこで、これまでにTG2ノックアウトマウスの精巣を用いた免疫組織学的解析や電子顕微鏡解析を実施し、精子細胞の形態形成異常を高解像度で解析してきた。さらに、ノックアウトマウスの精巣や精子細胞を集めたトランスクリプトーム解析を行ったところ、TG2がプロテアーゼのネットワーク維持や炎症の抑制などの重要な現象に関わることが明らかになってきている。
このように、精子幹細胞においてKmt2b制御下にあり正常な精子形成や不妊症の発症に関わる遺伝子を複数同定できたことから、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はTG2遺伝子の機能解析をさらに進める。これまでに明らかになったTG2と炎症やプロテアーゼ系の関係性に関して追加の組織学的解析を実施する。特に、それらにかかわる重要なタンパク質がTG2のノックアウトマウス精巣においてどのように変化しているかを解析する。また、並行してトランスクリプトームデータの解析を実施し、遺伝子発現の変化とタンパク質の変化を統合して調べることを計画している。これらの実験が進めば、TG2による精子形成制御メカニズムをより深く解明することに繋がるため、雄性不妊の発症との関連がさらに明確になる。その後、これまでの研究成果と併せて論文化することを目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
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[Journal Article] Tsga8 is required for spermatid morphogenesis and male fertility in mice2021
Author(s)
Kobayashi Yuki、Tomizawa Shin-ichi、Ono Michio、Kuroha Kazushige、Minamizawa Keisuke、Natsume Koji、Dizdarevic Selma、Dockal Ivana、Tanaka Hiromitsu、Kawagoe Tatsukata、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Ogonuki Narumi、Inoue Kimiko、Matoba Shogo、Anastassiadis Konstantinos、Mizuki Nobuhisa、Ogura Atsuo、Ohbo Kazuyuki
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Journal Title
Development
Volume: 148
Issue: 8
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Regulation of spermatogenesis by Kmt2b-dependent epigenome in spermatogonial stem cells2021
Author(s)
Yuki Kobayashi, Shin-ichi Tomizawa, Michio Ono, Kazushige Kuroha, Tatsukata Kawagoe, Masahide Seki, Yutaka Suzuki, Narumi Ogonuki, Kimiko Inoue, Shogo Matoba, Nobuhisa Mizuki, Atsuo Ogura, Kazuyuki Ohbo
Organizer
第14回エピジェネティクス研究会年会
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